模電實(shí)驗(yàn)BJT單管共射電壓放大電路

1、預(yù)習(xí) 操作記錄實(shí)驗(yàn)報(bào)告 總評(píng)成績(jī)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院： 電子與信息工程學(xué)院專業(yè)：年級(jí)：實(shí)驗(yàn)人姓名(學(xué)號(hào))：參加人姓名：日期： 2017 年 月日室溫：相對(duì)濕度：實(shí)驗(yàn)一 BJT單管共射電壓放大電路1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響。2、掌握放大電路動(dòng)態(tài)性能(電壓增益、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓以及幅頻特性等)的測(cè)試方法。3、進(jìn)一步熟練常用電子儀器的使用。2、 實(shí)驗(yàn)原理 圖1-1為射極偏置單管放大電路。它由Rbl和Rb2組成分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻Re,以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)在放大電路的輸入端加入輸入信號(hào)Vi后，在放

2、大電路的輸出端便可得到一個(gè)與vi相位相反，幅值被放大了的輸出信號(hào)vo,從而實(shí)現(xiàn)電壓放大。 在設(shè)計(jì)和制作放大電路前,應(yīng)測(cè)量所用元器件的參數(shù),為電路設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計(jì)和裝配以后，還必須測(cè)量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。實(shí)踐表明，新安裝的電路板，往往難于達(dá)到預(yù)期的效果。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)，不可能周全地考慮到電子器件性能的分散性及元件值的誤差、寄生參數(shù)等各種復(fù)雜的客觀因素的影響等，此外，電路板安裝中仍有可能存在沒有被查出來的錯(cuò)誤。通過電路板的調(diào)整和測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)利糾正設(shè)計(jì)方案的不足，并查出電路安裝中的錯(cuò)誤，然后采取措施加以糾正和改進(jìn)，才能使之達(dá)到預(yù)定的技術(shù)要求。一個(gè)優(yōu)質(zhì)放大器，必定是

3、理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。放大電路的測(cè)前和調(diào)試一般包括:放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大電路各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量與調(diào)試等。放大電路的測(cè)量與調(diào)試1. 通電觀察對(duì)于新安裝好的線路板，在確認(rèn)安裝正確無誤后，才可把經(jīng)過準(zhǔn)確測(cè)量的電源電壓接人路，電源接入電路之后，也不應(yīng)急于測(cè)量數(shù)據(jù)，而應(yīng)先觀察有無異?，F(xiàn)象，這包括電源輸出是否正常(有無短路現(xiàn)象)、電路中有無冒煙、有無異常氣味以及元器件是否發(fā)燙等。如出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則應(yīng)立即切斷電源，檢查電路，排除故障，待故障排除后方可重新接通電源，然后再進(jìn)行測(cè)試。在今后的每個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于新安裝的線路板，都必須遵循這一操作程序。2. 靜態(tài)測(cè)試(1)

4、靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量 測(cè)量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)V=0的情況下進(jìn)行，即將放大電路輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測(cè)量晶體管的集電極電流Ic以及各電極對(duì)地的電位VB、VC和VE。一般實(shí)驗(yàn)中，為了避免斷開集電極，所以采用測(cè)量電壓VE或Vc,然后算出Ie的方法，例如，只要測(cè)出Ve，即可用算出Ic(也可根據(jù)由VC確定Ie)，同時(shí)也能算出。在實(shí)驗(yàn)過程中，要不斷將測(cè)量值與理論估算值相比較。若偏差不大，則可調(diào)整電路有關(guān)電阻，使電位值達(dá)到所需要的值；若偏差太大或不正常，則應(yīng)檢查電路有沒有故障，測(cè)量有沒有錯(cuò)誤，以及讀數(shù)是否看錯(cuò)等。(2)靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試 放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)

5、的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流Ic(或VCE)的調(diào)整與測(cè)試。 靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大電路的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大電路在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)V0的負(fù)半周將被削底，如圖1-2(a)所示；如工作點(diǎn)偏低則易產(chǎn)生截止失真，即VO的正半周被縮頂(一般截止失真不如飽和失真明顯)，如圖1一2(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點(diǎn)以后還必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，即在放大電路的輸入端加入一定的輸入交流信號(hào)電壓Vi，檢查輸出電壓VO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。需要指出，上面所說的靜態(tài)工作點(diǎn)“偏高”或“偏低”不是絕對(duì)的，而是相對(duì)

6、于信號(hào)的幅度來說的，如果輸入信號(hào)幅度很小，即使工作點(diǎn)較高或較低也不一定會(huì)出現(xiàn)失真。只有在所設(shè)置的靜態(tài)工作點(diǎn)不能滿足信號(hào)幅度要求時(shí)才會(huì)出現(xiàn)失真。顯然，如果要求信號(hào)不失真輸出幅度最大，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)該選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。如果靜態(tài)工作點(diǎn)已處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)，而波形兩頭又出現(xiàn)失真，則表明在此時(shí)的電路條件已不能滿足幅值要求，需要加大電源電壓VCC并適當(dāng)調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)才能解決。3. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試 放大電路的動(dòng)態(tài)調(diào)試應(yīng)在靜態(tài)調(diào)試已完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行。動(dòng)態(tài)調(diào)試的目的是為了使放大電路增益、輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍(最大不失真輸出電壓)、波形失真、輸入、輸出電阻、通頻帶等性能達(dá)到要求。測(cè)試過程中，不能憑感覺和印象，要始終

7、借助儀器仔細(xì)觀察，要邊測(cè)量，邊記錄，邊分析，邊解決問題。（1）電壓增益AV的測(cè)量 放大電路被調(diào)整到到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)后，加入輸入交流信號(hào)電壓vi，在輸出電壓v0不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出vi和v。的有效值Vi和Vo，則。（2）輸入電阻Ri的測(cè)量用伏安法測(cè)量輸入電阻，為了測(cè)得放大電路的輸入電流，按圖1-4電路在被測(cè)放大電路的輸入端與信號(hào)源之間串入一測(cè)量輔助電阻R，在放大電路正常工作的情況下，用交流毫伏表測(cè)出vs和vi，則根據(jù)輸入電阻的定義可得測(cè)量時(shí)應(yīng)注意下列兩點(diǎn)：由于電阻R 兩端沒有電路公共接地點(diǎn)，而交流毫伏表是測(cè)量節(jié)點(diǎn)交流電壓的，所以測(cè)量R 兩端電壓VR時(shí)必須分別測(cè)出VS和Vi,然后按V

8、R=Vs-Vi,求出VR值。 R叫做測(cè)量輔助電阻，它的數(shù)值應(yīng)選擇適當(dāng)，不宜太大或太小。R 太大，將使Vi的數(shù)值很小，容易受到干擾，從而加大Ri的測(cè)量誤差; R太小則Vs與Vi讀數(shù)又十分接近，導(dǎo)致(Vs-Vi）的誤差增大，故也使Ri測(cè)量誤差加大。通常取R與Ri為同一數(shù)量級(jí)為好，本實(shí)驗(yàn)可取R=12K。（3）輸出電阻RO的測(cè)量在放大電路正常工作條件下，測(cè)出輸出端不接負(fù)載RL的輸出電壓V和接入負(fù)載后的輸出電壓Vo，根據(jù)即可求出在測(cè)試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號(hào)的大小不變。（4） 最大不失真輸出電壓的測(cè)量(最大動(dòng)態(tài)范圍)如上所述，為了得到最大動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。為此在

9、放大電路正常工作情況下，逐步增大輸入信號(hào)的幅度，并同時(shí)調(diào)節(jié)Rw(改變靜態(tài)工作點(diǎn))，用示波器觀察Vo,當(dāng)輸出波形同時(shí)出現(xiàn)削底和縮項(xiàng)現(xiàn)象時(shí)，說明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，如圖1-5所示。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號(hào)，使波形輸出幅度最大，無明顯失真時(shí)，用交流毫伏表測(cè)出Vo(有效值)，則動(dòng)態(tài)范圍等于或用示波器直接讀出來。圖1/5（5）放大電路幅頻特性的測(cè)量放大電路的幅頻特性是指放大電路的電壓增益Au與輸入信號(hào)頻率f之間的關(guān)系曲線。單管阻容耦合放大電路特性曲線如圖1-6所示，Avm為中頻電壓增益，通常規(guī)定電壓增益隨頻率變化下降到中頻電壓增益的倍，即0.707Avm所對(duì)應(yīng)的頻率分別稱為下線頻率和上限頻率，

10、則通頻帶放大電路的幅頻特性就是測(cè)量不同頻率信號(hào)時(shí)的電壓增益Au。為此，可以采用前述測(cè)量Au的方法，每改變一個(gè)信號(hào)頻率，測(cè)量其相對(duì)應(yīng)的電壓增益，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意取點(diǎn)要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)，在中頻段可以少測(cè)幾點(diǎn)。此外，在改變頻率時(shí)，要保持輸入信號(hào)的幅度不變，且輸出波形不能失真。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1.+12V直流穩(wěn)壓電源2.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3.雙蹤示波器4.交流毫伏表5.萬(wàn)用電表6.頻率計(jì)7.晶體三極管3DG6*1（=50100）或9011*1，電阻器，電容器若干4、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)電路如圖一所示。為防止干擾，各電子儀器的公共端必須接在一起，同時(shí)信號(hào)源、交流毫伏表和示波器的引線應(yīng)采用專用電纜線

11、或屏蔽線，如使用屏蔽線，則屏蔽線的外包金屬網(wǎng)應(yīng)接在公共接地端上。1. 調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn) 接通直流電源前，先將Rw調(diào)至最大，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕旋至0。接通+12V電源，調(diào)節(jié)Rw，使Ic=2.0mA（UE=2.0V），測(cè)試獲得以下數(shù)值：Ic=2.0mA測(cè)量值理論計(jì)算值UB/VUE/VUC/VRB1/kUBE/VUCE/VIC/mA2.6252.0017.43560.3610.62562表1-1理論計(jì)算值通過獲得其直流通路所得：2. 測(cè)量電壓放大倍數(shù)在放大電路輸入端加入頻率為1000Hz的正弦信號(hào)Us，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出旋鈕使放大電路的輸出電壓Ui5mV，同時(shí)用示波器觀察放大電路輸出電壓Uo

12、波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測(cè)量下述三種情況下的Uo值，并用雙蹤示波器觀察Uo和Ui的相位關(guān)系：Ic=2.0mA Ui=5.003mVRc/kRL/kUo/VUi/V20.676135.1210.34869.56220.33566.96表1-2 Ui-t Uo-t3.觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響置Rc=2k，RL=（即將輸出端短路），Ui適量，調(diào)節(jié)Rw，用示波器監(jiān)視輸出電壓波形，在Uo不失真的條件下測(cè)量數(shù)組Ic和Uo值：Rc=2k RL= Ui=4.865mVIc/mA1.61.82.02.22.4Uo/V0.5870.6330.6770.7180.755Au121130139

13、148155表1-3測(cè)量Ic時(shí)，要先將信號(hào)源輸出調(diào)節(jié)至0（Ui=0）。4. 觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響置Rc=2k，RL=2k，Ui=0，調(diào)節(jié)Rw使Ic=2.0mA，測(cè)出UCE的值（4.185V），再逐步加大輸入信號(hào)，使輸出電壓Uo足夠大但不失真。然后保持輸入信號(hào)不變，分別增大和減小Rw，使波形出現(xiàn)失真，繪出Uo的波形，并測(cè)出失真情況下的Ic和UCE值：每次測(cè)Ic和UCE值時(shí)都要將信號(hào)源的輸出旋鈕至0。Rc=2k RL=2k Ui=5.050mVIc/mAUCE/VUo波形失真情況管子工作狀態(tài)1.10.466截止失真截止區(qū)2.00.673未失真工作區(qū)3.40.830飽和失真飽和區(qū)5、

14、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、 列表整理測(cè)量結(jié)果，并把實(shí)測(cè)的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓增益、輸入電阻、輸出電陽(yáng)之值與理論計(jì)算值比較(取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較)，分析產(chǎn)生誤差原因。2、 總結(jié)Re R.及靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器電壓增益、輸入電阻、輸出電阻的影響。由表1-2可知Rc越大，Au越大；RL的變化幾乎對(duì)Au無影響。而對(duì)于靜態(tài)工作點(diǎn)，Ic在一定范圍內(nèi)越大，Au越大。而由于Rc、RL為輸出量，所以它們的變化與輸入電阻無關(guān)，與輸出電阻同步變化（）。六、預(yù)習(xí)要求1、閱讀教材中有關(guān)單管放大電路的內(nèi)容并估算實(shí)驗(yàn)電路的性能指標(biāo)假設(shè): 3DG6 的B=100,Rb2=20KQ,Rb1=60KQ,R=2KQ,R=2K2S估算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

15、，電壓增益Av,輸入電阻R;和輸出電阻Ro。工作狀態(tài)時(shí)則可得，滿足假設(shè)。此外，Ri=15k，Ro=2k。2、 閱讀實(shí)驗(yàn)附錄中有關(guān)示波器的使用、品體管特性圖示儀簡(jiǎn)介以及放大電路干擾和自激振蕩消除的內(nèi)容。3、 能否用直流電壓表直接測(cè)量品體管的Vbe?為什么實(shí)驗(yàn)中要采用測(cè)Vb、Ve,再間接算出Ve的方法?在靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量時(shí)，可考慮這種方法，但會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，因?yàn)榈闹堤。淮坞妷罕淼慕尤霑?huì)導(dǎo)致明顯分流，測(cè)的方法可以減小上述誤差。4、 怎樣則量Rb1阻值？可在斷開外電源的情況下使用歐姆表接在Rw兩端接口直接測(cè)量。5、 當(dāng)調(diào)節(jié)偏置電阻Rb1,使放大電路輸出波形出現(xiàn)飽和或截止失真時(shí)，晶體管的管壓降Vce怎樣變化?飽和失真時(shí)，發(fā)射結(jié)已反向接通。6、 改變靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大電路的輸入電阻Ri有否影響? 改變外接電阻RL對(duì)輸出電阻Ro有否影響?改變靜態(tài)工作點(diǎn)均由Rw的變化得到，因此在交流等效電路中Rw的變化會(huì)導(dǎo)致Ri同步變化。由于Ro為電路本身性質(zhì)因此RL的變化不會(huì)改